Микроводоросли могут образовывать огромные скопления в океанах, привлекая множество условно-патогенных организмов; они способны уничтожить всю популяцию водорослей за короткое время. Однако основные механизмы этой водянистой гонки вооружений в значительной степени неизвестны. В новой публикации в Nature Communications исследователи из Института химической экологии им. Макса Планка и университетов Йены и Франкфурта показывают, что патогенный гриб изменяет метаболизм одноклеточных водорослей-хозяев для своих собственных целей: небольшие биологически активные вещества, которые образуются в процессе способствуют собственному размножению грибов, предотвращая размножение водорослей. В конце концов водоросли сжимаются и умирают. (Nature Communications, октябрь 2019 г., DOI 10.1038/s41467-019-12908-w).
Яичные грибы - оомицеты - известны как возбудители многих опасных болезней растений и животных. Они также заражают рыбу и водоросли, но связь между этими микроорганизмами и водорослями до сих пор плохо изучена. До сих пор оставалось неясным, почему некоторые виды сначала массово размножаются в океанах, а затем снова исчезают. Одна из гипотез состоит в том, что микроорганизмы производят химические сигнальные вещества, которые регулируют такие взаимодействия, как защита, спаривание и общение между живыми организмами. Чтобы идентифицировать такие вещества, группа ученых создала лабораторную систему, в которой яичный грибок Lagenisma coscinodisci заражает морскую диатомовую водоросль в контролируемых условиях.
Исследователи установили, что в процессе заражения образовались два новых вещества: оба были так называемыми карболинами из класса алкалоидов, куда также входят никотин и кофеин. Большое количество этих соединений накапливается после заражения оомицетами. «Идентичность веществ нас удивила, так как она была впервые описана у диатомовых водорослей, а их индукция во время инфекции сохранилась во всей популяции клеток», - объясняет Марин Валле, один из двух основных авторов нового исследования. Интересно, что хотя эти два вещества принесли пользу оомицету, они нанесли вред водорослям, в конечном итоге убив их.
Исследовать такую систему непросто, потому что эти грибковые вредители убивают хозяина всего за несколько часов. «Известно, что оомицеты принимают различные формы: они часто встречаются только в виде крошечных спор в своем хозяине. Иногда они вообще не причиняют никакого вреда и «спят» в своем хозяине, в других случаях они могут вызвать массовую гибель клеток. «Эти процессы приводят к высокодинамичным колебаниям доминирующих видов в океанах», - говорит Тим Баумайстер, другой главный автор, описывая первоначальные проблемы, с которыми столкнулись исследователи.
Используя масс-спектрометрические методы высокого разрешения для выделения и идентификации малых веществ из сложных смесей в сочетании с методами микроскопии, ученые смогли идентифицировать активные соединения, вырабатываемые одной клеткой водорослей. «Необходимо иметь в виду, что отдельная клетка в 30 раз меньше булавочной головки и что концентрации всех веществ очень низки - показать химию в одной единственной клетке - это большое техническое достижение», - объясняет Георг Понерт, глава Группа взаимодействий Макса Планка в сообществах планктона и заведующая кафедрой инструментальной аналитики Йенского университета им. Фридриха Шиллера.
Не все диатомовые водоросли одинаково уязвимы для нападения, так как же защищаются некоторые диатомовые водоросли? Эти и многие другие нерешенные вопросы еще предстоит решить в последующих исследованиях. Группа особенно заинтересована в выявлении сигнальных веществ, участвующих во взаимодействиях диатомовых водорослей с окружающей средой. «Наш океан - это сокровище, которое нужно беречь, там нас ждет еще столько фантастических открытий», - заключает Марин Валле.[КГ/АО]